02 第2章 数据通信与计算机网络基础

工

业

控

制

网

络（现场总线）主讲教师：12.1数据编码2.2信号的传输方式2.3通信方式2.4

网络拓扑结构2.5

网络的传输介质2.6介质访问控制方式2.7计算机网络硬件2.8

网络软件2.9参考模型第2章

数据通信与计算机网络基础22.1数据编码码元——所传输数据的基本单位。数据编码——通信系统中以何种物理信号的形式来表达数据。

模拟数据编码：用模拟信号的不同幅度、频率、相位来表

达数据的0

、1状态。

数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0

、1状态。32.1.1数字数据编码

单极性码信号电平是单极性的。

双极性编码信号电平为正、负两种极性的。42.1.1数字数据编码

归零码（RZ）归零码在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的编码。

非归零码（NRZ）非归零码在整个码元时间内维持有效电平。52.1.1数字数据编码

差分码差分码用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”。变化为“1”

，不变化为

“0”。

曼彻斯特编码（Manchester

Encoding）码元本身分为两半，前半个时间段所传信号是该时间段传送比特值的反码，后半个时

间段传送的是比特值本身。6t(b)单极性归零码At(c)双极性非归零码

(d)双极性归零码图

2-1单、双极性的归零码和非归零码t(a)单极性非归零码1

0

1

1

01

0

0

102.1.1数字数据编码▲A

A1

0

1

1

0

1

0

0

1

0t7A2.1.1数字数据编码0

1

1

0

0

1

0

1绝对码

差分

码图

2-2

差分码810

0

1

0

11数据时钟曼彻斯特编码图

2-3曼彻斯特编码过程与波形2.1.1数字数据编码92.1.2模拟数据编码模拟数据编码的三种编码方法：

幅度键控ASK（amplitude-shiftkeying）

频移键控FSK（frequency-shift

keying）

相移键控PSK（phase-shift

keying）102.1.2模拟数据编码112.2信号的传输方式2.2.1基带传输2.2.2载波传输2.2.3宽带网2.2.4异步传输模式ATM122.2.1基带传输基带传输就是在数字通信的信道上直接传送数据的基带信号，即按数据波的原样

进行传输，不包含有任何调制，它是最基

本的数据传输方式。132.2.1基带传输基带传输特点：

不用调制解调器

系统价格低廉

较高的数据传输速率（一般为1Mb/s～10Mb/s）

传输距离一般不超过25km

半双工方式或单工方式142.2.2载波传输载波传输采用数字信号对载波进行调制后实行传输。最基本的调制方式有上述的

幅度键控ASK、频移键控FSK、相移键控

PSK三种。152.2.3

宽带网宽带网与基带网的主要区别：

数据传输速率不同，基带网的数据速率范围为

0～10Mb/s，宽带网可达0～400Mb/s；

宽带网可划分为多条基带信道，提供良好的通信

路径。162.2.4异步传输模式ATMATM（asynchronous

transfer

mode）是实现高速网络的主要技术。速率可达155Mb/s

到2.4Gb/s，也有25Mb/s和50Mb/s的ATM技

术，可适用于局域网和广域网。172.3通信方式2.3.1单工通信（simplexcommunication）2.3.2半双工通信（half-duplexcommunication）2.3.3全双工通信（full-duplexcommunication）182.3通信方式

单工通信（simplex

communication）单工，就是指传送的信息始终是一个方

向，而不进行与此相反方向的传送。单工

通信线路一般采用二线制。192.3通信方式

半

双

工

通

信

（

half-duplexcommunication）半双工通信是指信息流可在两个方向上传

输，但同一时刻只限于一个方向传输

。202.3通信方式

全双工通信（full

Duplex

communication）能同时作双向通信。通信效率高，控制简

单，但结构较复杂，成本较高。21单相信道(a)

单工通信单相信道(b)

半双工通信双相信道(c)

全双工通信图

2-4

几种通信方式发送发送接收发送接收接收接收发送接收发送2.3通信方式222.4

网络拓扑结构网络拓扑结构是指网络中节点的物理连接形式。

树形

不规则形

完整形

星形

环形

总线形232.4

网络拓扑结构242.4.1星形拓扑在星形拓扑中，每个站通过点-点连接到中央节点，任何两站之间通信都通过中央

节点进行。中央节点的结构显得比较复

杂，对其要求较高。252.4.2环形拓扑通过中继器进行点-点连接，构成一个封闭的环路。中继器接收前驱站发来的数据，发

往后继站。链路是单向的，工作站需有较复

杂的网路处理功能。262.4.3

总线拓扑在总线拓扑中，传输介质是一条总线，工作站通过相应硬件接口接至总线上。

一个站

发送数据，所有其它站都能接收。272.4.4树形拓扑树形是总线形的扩展，传输介质是不封闭的分支电缆。和总线拓扑一样，一个站发送

数据，其它站都能接收。树形结构非常适合

于分主次、分等级的层次型管理系统。282.4

网络拓扑结构292.5

网络的传输介质传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。30

光导纤维电缆

无线

卫星通信

电话线

同轴电缆

双绞线2.5

网络的传输介质312.5

网络的传输介质传输介质的特性对网络中数据通信质量影响很大，这些特性主要包括：

物理特性：传输介质物理结构的描述；

传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号

以及调制技术、传输容量、传输的频率范围；322.5

网络的传输介质

连通特性：允许点-点或多点连接；

地理范围：传输介质最大传输距离；

抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干

扰对传输数据影响的能力；

相对价格：器件、安装与维护费用。332.5.1双绞线的主要特性无论对于模拟数据还是对于数字数据，双绞线都是最通用的传输介质。电话线路就是一种双绞线。342.5.1双绞线的主要特性u物理特性：双绞线由按规则螺旋结构排列的两根或四根绝缘线组成。

一对线可以

作为一条通信线路，各个线对螺旋排列的

目的是使各线对之间的电磁干扰最小。352.5.1双绞线的主要特性u传输特性：双绞线最普遍的应用是语音信号的模拟传输。在一条双绞线上使用频

分多路复用（multiplexing）技术可以进行

多个音频通道的多路复用。362.5.1双绞线的主要特性u连通性：双绞线可以用于点-点连接，也可用于

多点连接。u地理范围：双绞线用作远程中继线时，最大距

离可达15km；用于

10Mb/s局域网时，与集线器的

距离最大为100m（单网段）。372.5.1双绞线的主要特性u抗干扰性：双绞线的抗干扰性取决于一

束线中相邻线对的扭曲长度及适当的屏

蔽。在低频传输时，其抗干扰能力相当于

同轴电缆。在10～100

kHz时，其抗干扰能

力低于同轴电缆。u价格：价格低，并且安装、维护方便。382.5.2

同轴电缆的主要特性同轴电缆是网络中应用十分广泛的传输介质之一。有线电视线。392.5.2同轴电缆的主要特性u物理特性：同轴电缆由内导体（电缆铜芯）、绝缘层、外导体（铜网）及外部保

护层（外绝缘层）组成。同轴介质的特性

参数由内、外导体及绝缘层的电参数和机

械尺寸决定。402.5.2

同轴电缆的主要特性u传输特性：基带同轴电缆一般仅用于数字数据信号传输。宽带同轴电缆可以使用

频分多路复用方法，支持多路传输。只用

于一条通信信道的高速数字通信，此时称

之为单通道宽带。412.5.2

同轴电缆的主要特性

传输特性：特征阻抗，

50Ω,

Ethernet使用，基带传输，

10Mb/s

；75Ω,

CATV使

用，模拟信号传输，

400MHz，使用频分

多

路

复

用

FDM(frequency-divisionmultiplexing)技术，也可以传输数字信号。422.5.2

同轴电缆的主要特性u连通性：支持点-点连接，也支持多点连

接。宽带同轴电缆可支持数千台设备的连

接；基带同轴电缆可支持数百台设备的连

接。u抗干扰性：它的结构使得它的抗干扰能

力较强。432.5.2

同轴电缆的主要特性u地理范围：基带同轴电缆最大距离

限制在几公里范围内，而宽带同轴电

缆最大距离可达几十公里。u价格：同轴电缆造价介于双绞线与

光缆之间，维护方便。442.5.3光缆的主要特性光缆是网络传输介质中性能最好、应用前途广泛的一种。452.5.3光缆的主要特性u物理特性：光纤是一种直径为50～100μm

的柔软、能传导光波的介质，各种玻璃和塑

料可以用来制造光纤，其中用超高纯度石英

玻璃纤维制作的光纤可以得到最低的传输损

耗。在折射率较高的单根光纤外面用折射率

较低的包层包裹起来，就可以构成一条光纤

通道，多条光纤组成一束就构成光纤电缆。462.5.3光缆的主要特性u传输特性：光导纤维通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号。光纤传输

速率可达几千Mb/s。单模光纤是指光纤的

光信号仅与光纤轴成单个可分辨角度的单

光纤传输，而多模光纤的光信号与光纤轴

成多个可分辨角度的多光线传输。单模光

纤性能优于多模光纤。472.5.3光缆的主要特性u连通性：普遍采用点-点方式，在某些实

验系统中也采用多点连接方式

。u地理范围：光纤信号衰减极小，它可以

在6～8km距离内不使用中继器，实现高速

率数据传输。482.5.3光缆的主要特性u抗干扰性：光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高速率传输中保

持低误码率。双绞线典型的误码率在10-5

~

10-6

之间，基带同轴电缆为10-7

，宽带同轴

电缆为10-9

，而光纤误码率可以低于

10-10。光纤传输的安全性与保密性极好。492.5.3光缆的主要特性u价格：目前光纤价格高于同轴电缆与双绞线。由于光纤具有低损耗、宽频带、高

数据传输速率、低误码率、安全保密性好

等特点，因此，它是一种最有前途的传输

介质。502.5.4无线通信信道的主要特性

微波通信

红外通信

激光通信

卫星通信（特殊的微波通信系统）512.5.4无线通信信道的主要特性

微波通信——工作频率为109

～1010Hz，局域网络可直接利用微波收发机进行通信，或

作中继接力，扩大传输距离。522.5.4无线通信信道的主要特性

红外线——工作频率为1011

～1014Hz，通过发送或接收信号调制的非相干红外线，即可形成一条通信链路。只要收发机处在

视线内，就可以准确地进行通信，方向性

很强，几乎不受干扰。532.5.4无线通信信道的主要特性

激光——工作频率为1014

～1015Hz，用调制解调的相干激光，实现激光通信。542.5

网络的传输介质构建一个网络（系统），选择传输介质时应考虑：

网络拓扑

网络连接方式

网络通信量

系统的可靠性要求

要传输的数据类型

网络覆盖的地理范围

节点间的距离552.6介质访问控制方式在总线和环形拓扑中，网上设备必须共享传输线路。为解决在同一时间有几个设备同时争用传输介质，需有某种介质访问控制方式，以便协调各设备访问介质的顺序，在设备之间交换数据。562.6介质访问控制方式通信中对介质的访问可以是随机的，即各工作站可在任何时刻，任意地访问介

质；也可以是受控的，即各工作站可用一

定的算法调整各站访问介质顺序和时间。572.6介质访问控制方式在随机访问方式中，常用的争用总线技术

为

CSMA/CD

（Carrier

Sense

MultipleAccess

with

Collision

Detection载波监听多

路访问/冲突检测）。在控制访问方式中常用令牌总线、令牌环

或称之为标记总线、标记环。582.6.1CSMA/CD（载波监听多路

访问/冲突检测） 对任何工作站都没有预约发送时间。工作站的发送是随机的，必

须在网络上争用传输介质，故称之为争用技术。 若同一时刻有多个工作站向传输线路发送信息，则这些信息会在传输线上相互混淆而遭破坏，称为“冲突”。 为尽量避免由于竞争引起的冲突，每个工作站在发送信息之前，都要监听传输线上是否有信息在发送，这就是“载波监听”。

载波监听CSMA的控制方案是先听再讲。一个站要发送，首先需

监听总线，以决定介质上是否存在其它站的发送信号。如果介质

是空闲的，则可以发送。如果介质是忙的，则等待一定间隔后重

试。592.6.1CSMA/CD（载波监听多

路访问/冲突检测）三种CSMA坚持退避算法：

不坚持CSMA（也叫0坚持CSMA

）

1-坚持CSMA

P-坚持CSMA602.6.1CSMA/CD（载波监听多

路访问/冲突检测）u不坚持CSMA——介质空闲就发送，介质忙就等待一段随机时间再发送。利用随机的重传时间来减少冲突的概率，

缺点是：即使

有几个站有数据要发送，介质仍然可能处于

空闲状态，介质的利用率较低。612.6.1CSMA/CD（载波监听多

路访问/冲突检测）u1-坚持CSMA。介质空闲就发送，介质忙则继续监听，等到总线空闲，立即发送。如果发生冲突，则等待一段随机时间，重复第

一步。缺点是：假如有两个或两个以上的站

点有数据要发送，冲突就不可避免。622.6.1CSMA/CD（载波监听多路

访问/冲突检测）uP-坚持CSMA。假如介质是空闲的，则以P的概率发送，或以（1—P）的概率延迟一个时间单位后重复处理。该时间单位等于最大的传输延迟。假如介质是忙，继续

监听直到介质空闲，重复第一步。632.6.1CSMA/CD（载波监听多

路访问/冲突检测）uP-坚持CSMA。如果选择P过大，使NP>1，则冲突不可避免。最坏的情况是，随着冲突概率的不断增大，吞吐率会降为0

。

所以必须选择P值使NP

<1，如果P值选得

过于小，则通道利用率又会大大降低。642.6.1CSMA/CD（载波监听多

路访问/冲突检测）冲突检测：如果有多个站同时监听到总线空闲并开始发送数据，就会产生冲突。

因此，每个站在发送数据之后，还要继续

监听线路，判定是否有其它站也正在向总

线上发送数据，

一旦发现，便中止发送。652.6.2令牌（标记）访问控制方式

CSMA的访问存在发报冲突问题，产生冲突的原因是由

于各站点发报是随机的。为了解决冲突问题，可采用有

控制的发报方式。

令

牌

方

式

是

一

种按

一

定顺序在各站点传递

令牌

（token）的方法。谁得到令牌，谁才有发报权。

令牌访问原理可用于环形网络，构成令牌环形网；也可用于总线网，构成令牌总线网络。662.6.2令牌（标记）访问控制方式u令牌环（token-ring）方式——令牌在网络环路上不断地

传送，拥有此令牌的站点，有权向环路上发送报文，其它

站点仅允许接受报文。不会发生访问冲突。u对轻、重负载不敏感。u单环故障，整个瘫痪，可靠性低。u信息传输具有确定性，能比较准确估计信息传输的延迟

时间。672.6.2令牌（标记）访问控制方式682.6.2令牌（标记）访问控制方式u令牌传递总线（token-passing

bus）方式——采用总线拓扑，网上各工作

站按一定顺序形成一个逻辑环。每个工作站在环中均有一个指定逻辑位

置，末站的后站就是首站。总线上各站的物理位置与逻辑位置无关

。u像令牌环方式那样，令牌传递总线方式也具备称为令牌的控制帧，调整

访问的权利。收到令牌的站点在一段规定时间内被授予对介质的控制权，

因而该站可以发送一帧或多帧信息。当该站传输已经完成或时间已到时，

它就将令牌传递到逻辑环中的下一工作站，因此，传输过程就是由交替进

行的数据传输阶段和令牌传送阶段组成。

网上站也可以退出环成为非活动

站点，这些站点仅能响应询问或请求应答。69H

EDC2.6.2令牌（标记）访问控制方式BA图

2-10

令牌传递总线访问控制70GF2.6.2令牌（标记）访问控制方式令牌传递总线介质访问控制应具备以下几项功能：

令牌传递算法

逻辑环的初始化

站插入算法

退出环路

恢复712.7计算机网络硬件按传输传输技术分类：

广播式网络

点到点网络722.7计算机网络硬件u广播式网络（broadcastnetwork）仅有一条信

道(通信通道)，由网络上所有机器（节点）共

享。按某种语法组织的分组或包（packet）

，可

被任何机器发送并被其它所有机器接收。地址字

段指明此分组应被哪台机器接收。

一旦收到分

组，各机器将检查地址字段。如是发送给它的，则处理该分组，否则丢弃。732.7计算机网络硬件广播系统通常也允许在地址字段中使用一段特殊代

码，以便将分组发送到所有目标。使用此代码的分组发

出以后，网络上的每一台机器都会接收和处理它。这种

操作被称作广播（broadcasting）。某些广播系统还支持

向

机

器的

一

个

子

集

发

送的

功能，

即

多

点

播

送

（multicasting）。一种常见的方案是保留地址字段的某一位来指示多点

播送，而剩下的n-

1位地址字段存放组号。每台机器可以注册到任意组或所有的组。当某一分组被发送给某个组

时，它被发送到所有注册到该组的机器。742.7计算机网络硬件点到点网络（point-to-point

network）与之相反，由一对对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的

地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机

器。通常是多条路径，并且可能长度不一样，因此在点

到点网络中路由算法十分重要。一般来讲（当然也有例外），小的、地理上处于本地的网络采用广播方式，而大的网络则采用点到点方式。750.1m同一电路板数据流机器1

m同一系统多计算机10

m同一房间局域网100m同一建筑物1

km同一园区10km同一城市城域网100km同一国家广域网1

000km同一洲内10

000km同一行星上互联网2.7计算机网络硬件另一个网络分类的标准是它的连接距离。距离是重要的分类尺度，

因为在不同的连接距离下所使用的技术是不一样的。表按连接距离分类的多处理机系统762.7.1局域网u局域网（

1ocal

area

network

）

，简称LAN，是处于同一建筑、同一大学或方圆

几千米远地域内的专用网络。局域网常被

用于连接公司办公室或工厂里的个人计算

机和工作站，以便共享资源（如打印机）

和交换信息。

LAN有和其它网络不同的三

个特征：范围，传输技术，拓扑结构。772.7.1局域网LAN的覆盖范围比较小，这意味着即使是在最坏情况下其传输时间也是有限的，并

且可以预先知道传输时间。知道了传输的最

大时间，就可以使用某些设计方法，而在其

它情况下是不能这样做的。这同样也简化了

网络的管理。

以太网（Ethernet）是一种基

于总线的广播式网络782.7.2城域网u城域网（metropolitan

area

network），简称MAN，基本上是一种大型的LAN，通

常使用与LAN相似的技术。它可能覆盖一

组邻近的公司办公室和一个城市，支持数

据和声音

，不包含交换单元

。MAN有一

个分布式队列双总线DQDB

（

distributedqueue

dual

bus）

标准。792.7.2城域网总线A总线

B图

2-11

DQDB

城域网的结构总线

A

上的流向

总线

B

上的流向计算机32N1端点802.7.3广域网u广域网（wide

area

network），称为

WAN，是一种跨越大的地域的网络，

通常包含一个国家或州。运行用户应

用程序的主机（host）通过通信子网

（

communication

subnet

，或简称子

网）连接

。812.7.3广域网822.7.3广域网交换单元是一种特殊的计算机，用于连接两条或更多传输线。当数据从输入线到

达时，交换单元必须为它选择一条输出线

以传递它们。但是，目前还没有标准的术

语用于命名这些计算机。它们被冠以不同

的名字，作为交换计算机的一般名称，我

们使用路由器（router）这个词

。832.7.3广域网通信线路和路由器（但不包括主机）的集合组成了子网（subnet）。几乎所有的广域网

都使用点到点（point-to-point）

、存储-转发

（store-and-forward

）

或分组交换（

packet-switched

）子网

。当分组很小并且大小相同

时，通常被称作信元（cell）。842.7.4无线网u无线网络有很多用处，较常见的一种是移动式

办公室。无线网络对于卡车、出租车、公共汽车

和维修人员与基地保持联系极其有用。另外，还

可以给灾难地区（火灾、水灾、地震等）的营救

人员使用，因为电话系统可能已经无法使用了。

最后，无线网络对军方也很重要。u

GSM

、GPRS

、CDMA、蓝牙、红外、Zigbee852.7.5互联网u互联的网络集合就称为互联网（

internetwork或internet）。常见的互联网是通

过WAN

连接起来的LAN

集合。“

互联网

（intemet）”只代表一般的网络互联意思。

而Internet

（大写的I译为“因特网”）是指特

定的世界范围的互联网，它被广泛地用于

连接大学、政府机关、公司和个人用户。862.8

网络软件2.8.1协议分层2.8.2各层的设计问题2.8.3接口和服务2.8.4面向连接的服务和无连接的服务2.8.5服务原语2.8.6服务与协议的关系872.8.1协议分层

为了减少协议设计的复杂性

，大多数网络

都按

层（1ayer）

或

级（1evel）

的方式来组

织，每一层都建立在它的下层之上。不同的

网络，其层的数量、各层的名字、内容和功

能都不尽相同。然而，在所有的网络中，每

一层的目的都是向它的上一层提供一定的

服

务

，而把如何实现这一服务的细节对上一层

加以屏蔽。882.8.1协议分层

一台机器上的第n层与另一台机器上的第n层进行

对话。通话的规则就是第n层协议（protocol）。

协议基本上是通信双方关于通信如何进行达成的

一致。

不同机器里包含对应层的

实体

叫对等进程

（peer）。

对等进程利用协议进行通信。89第

5层协议第

4层协议第

3层协议第

2层协议第

1

层协议物理介质主

机

2第

5

层第

4

层第

3

层第

2

层第

1

层主

机

1第

5

层第

4

层第

3

层第

2

层第

1

层4/5

层接口3/4

层接口

2/3

层接口

1/2

层接口2.8.1协议分层图

2-13

层、协议和接口902.8.1协议分层

点线表示虚拟通信，实线表示

物理通信

。

接口定义下层向上层提供的原语操作和服务。

当网络设计者在决定一个网络应包括多少层，每一层应当

做什么的时候，其中一个很重要的考虑就是要在相邻层之间

定义一个清晰的接口。为达到这些目的，又要求每一层能完

成一组特定的有明确含义的功能。

除了尽可能地减少必须在相邻层之间传递的信息的数量

外，一个清晰的接口可以使同一层能轻易地用一种实现来替

换另一种完全不同的实现。912.8.1协议分层

层和协议的集合被称为网络体系结构（network

architecture）。

体系结构的描述必须包含足够的信息，使实现者可以用来为每一层编写

程序和设计硬件，并使之符合有关协议。协议实现的细节和接口的描述

都不是体系结构的内容，因为它们都隐藏在机器内部，对外部来说是不

可见的。

只要机器都能正确地使用全部协议，网络上所有机器的接口不必完全相

同。

某一系统所使用的协议列表，每层一个协议，被称为协议栈（protocol

stack）。92MMH

HH

HM2HH源机器目的机器图

2-14

支持第

5

层虚拟通信的例子第

5

层协议第

4

层协议第

3

层协议第

2

层协议H4

MH3

H4

M1

H3

M22.8.1协议分层H4

MH3

H4

M1H2

H3

H4

M1

T2

H2

H3

M2H2

H3

M2HM1

T2HH2

H3

H4H393T2T2M2.8.2各层的设计问题 每一层都需要识别发送方和接收方的机制。某台机器上需要建立连接的进程必须能有某种手段来指定想和谁通信。因为有多个目

标，所以需要有某种寻址手段来指明特定的目标。

数据传送的规则

（通信方式，如：单工、双工、全双工）。

差错控制。物理通信电路并非完美无缺的，所以差错控制是另一

个重要的问题。已知的检错和纠错代码有多种，连接的双方必须

一致同意使用哪一种。 避免出现高速发送方发送数据过快，使低速接收方难以应付的局

面（流量控制）。942.8.2各层的设计问题

报文

分割

、

传输

和

重新组装

。所有的进程都应该能接收任意长的报

文。这一特性要求我们能把报文分割、传输和重新组装。当进程要传

送的数据单元太小时，发送的效率又太低。这里的解决方案是把几个

传向同一目标的短报文收集成一个长报文，然后在接收方再分解为原

报文。

多路复用和解多路复用（demultiplexing）。当每一对通信进程建立一

个独立的连接不方便或不合算时，

可以利用下一层的同一连接为多个

无关的对话服务。只要这种多路复用和解多路复用（demultiplexing）是透明的，任意一层都可以采用这种方法。

路由选择。当源端和目标端有多条通路时，必须进行路由选择。952.8.3接口和服务

实体（entity）——每一层中的活动元素。实体既可以是软

件实体（如一个进程），也可以是硬件实体（如智能输入/

输出芯片）。

对等实体（peerentity）——不同机器上同一层的实体。

服务

提供者（

service

provider

）／服务用户（

serviceuser）。n层实体实现的服务为n+1层所利用。在这种情况

下，n层被称为服务提供者（

service

provider），n+1层为服

务用户（serviceuser）。962.8.3接口和服务 服务访问点SAP（service

accesspoint）——服务是

在其上提供给上层使用的。

每个SAP都有一个唯一地标明它的地址。

接口数据单元IDU（interface

data

unit）。相邻层

之间要交换信息，对接口必须有一致同意的规则。

在典型的接口上，n+1层实体通过SAP把一个接口

数据单元IDU传递给n层实体。IDU由服务数据单元

SDU（servicedataunit）和一些控制信息组成。972.8.3接口和服务 服务数据单元SDU（servicedataunit）。SDU是将要跨过网

络传递给对等实体，然后向上交给n+

1层的信息。

接口控制信息ICI（interface

control

information）。控制信

息用于帮助下一层完成任务（如SDU中的字节数），它本身

不是数据的一部分。

协议数据单元PDU（protocol

data

unit）。为了传递SDU

，

n层实体可能将SDU分成几段，每一段加上一个报头后作为

独立的协议数据单元

（

protocoldataunit）送出。98IDU

v▲

SAP

▲

报头SDUSAP

=

服务接入点IDU

=

接口数据单元SDU

=

服务数据单元PDU

=

协议数据单元

ICI

=

接口控制信息n-PDU图

2-15

处于接口两边的两层之间的关系2.8.3接口和服务第n

+

1

层接口第

n

层第

n

层实体在它

们的第

n

层协议

里交换n-PDUICISDUSDUICI<

992.8.4面向连接的服务和无连接的服务

面向连接的服务（connection-oriented

service）在使用面向连接的服务时，用户首先要建立连接，使用连接，然后释放连接。连接本质上像个管道：发送者在管道的一端放人物

体，接收者在另一端按同样的次序取出物体。如电话系统。

无连接服务（connectionlessservice）。如邮政系统。

服务质量（quality

of

service），用服务质量来评价每种服

务的特性。有些服务很可靠，从来不丢失数据。可靠的服务

如何提供？1002.8.4面向连接的服务和无连接的服务

文件传输比较适合于面向连接的服务。有两

种面向连接的可靠性服务，即

报文序列

和

字

节流。

并不是所有的应用程序都需要连接。不可靠

的（无确认）无连接的服务通常被称作

数据

报服务（datagram

service）

。无连接的服务

分为数据报服务和问答服务。

101表2-2各种服务形式的总结连接类型服务类型应用举例面向连接的服

务可靠的消息流页码序列可靠的字节流远程登录不可靠的连接数字化的声音无连接的服务不可靠的数据报电子方式的函

件有确认的数据报挂号邮件问答数据查询2.8.4面向连接的服务和无连接的服务1022.8.5服务原语

原语（primitive）——

服务

在形式上是由一组

原语

（或操作）来描述的。这些原语供用户和其它实体访问该服务。这些原语通知服

务提供者采取某些行动或报告某个对等实体

的活动。103表2-3服务原语分类原语类别含

义对于连接请求一个实体希望得到完成

某些操作的服务请求方使用指示通知一个实体，有某个

事件发生接收方使用响应一个实体对一个请求的

回复接收方使用证实返回对先前请求的响应请求方使用2.8.5服务原语1042.8.5服务原语

有证实（confirmed）：包括请求、指示、

响应和证实4个原语。

无证实（unconfirmed）：只有请求和指示

2

个原语。1052.8.5服务原语CONNECT

．request：请求建立连接。CONNECT

．indication：指示有人请求建立连接。CONNECT

．response：被呼叫方用来表示接收／拒绝建立连接

的请求。CONNECT

．confirm：

通知呼叫方建立连接的请求是否被接

受。DATA

．request：请求发送数据。DATA

．indication：表示数据的到达。DISCONNECT

．request：请求释放连接。DISCONNECT

．indication：指示有释放连接的请求。1062.8.5服务原语•CONNECT

．request：拨姑妈家的电话号码。•CONNECI'

．indication：她家的电话铃响了。•CONNECT

．response：她拿起电话。•CONNECT

．confirm：你听到了电话铃停止。•DATA

．request：你邀请她来喝茶。•DATA

．indication：她听到了你的邀请。•DATA

．request：她说她很高兴来。•DATA

．indication：你听到她接受了邀请。•DISCONNECT

．request：你挂断电话。•DISCONNECT

．indication：她听到了挂断声，

也挂断了电话。1072.8.6服务与协议的关系

服务与协议是两个完全不同的概念。

服务是底层的协议向上层协议提供的一组原语（操作），尽管服

务定义了该层能够代表他的上层完成的操作，但丝毫也未涉及这些

操作是如何完成的。服务定义了两层之间的接口，上层是服务用

户，下层是服务提供者。

协议是定义同层对等实体之间交换的帧、报文、分组的格式及意

义的规则，实体利用协议来实现他们的服务定义。只要不改变他提

供给用户的服务，实体可以任意改变他们的协议。这样，服务和协

议就被完全分离开来。

服务通过协议完成，协议通过服务体现；服务代表功能、能力，

协议代表标准化；用户只能见到服务；协议控制同层实体间的通

信，服务由下层向上层提供。1082.9.1OSI参考模型

该模型基于国际标准化组织（ISO）的建

议，作为各种层上使用的协议国际标准化的

第一步而发展起来的。这一模型被称作ISOOSI

开放系统互联参考模型（

open

system

interconnection

reference

model），

因为它是

关于如何把开放式系统（为了与其它系统通

信而相互开放的系统）连接起来的，所以我

们常简称它为OSI模型。109110网

络数据链路--

物

理

路由器APDUPPDUSPDUTPDU分组帧比特2.9.1OSI参考模型网络层主机-

路由器协议数据链路层主机-

路由器协议

物理层主机-

路由器协议应用协议表示协议

会话协议传输协议通信子网边界内部子网协议网

络数据链路物

理主机

A数据链路物

理主机

B数据链路物

理

路由器用

示

话

输

络用

示

话

输

络应

表

会

传

网应

表

会

传

网图

2-16

OSI

参考模型76543212.9.1OSI参考模型u

OSI模型有7层，其分层原则如下：•根据不同层次的抽象分层。•每层应当实现一个定义明确的功能。•每层功能的选择应该有助于制定网络协议的国际标

准。•各层边界的选择应尽量减少跨过接口的通信量。•层数应足够多，以避免不同的功能混杂在同一层

中，但也不能太多，否则体系结构会过于庞大。1112.9.1OSI参考模型u物理层（physicallayer）•定义终端之间的电气、机械等特性和标准•包括电压、频率、数据速率、最大传输距离、

物理连接器等属性1122.9.1OSI参考模型•物理层（physical

layer）这里的典型问题是用多

少伏特电压表示“1”，多少伏特电压表示“0”。•一个比特持续多少微秒。•传输是否在两个方向上同时进行；•最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终

止；•网络接插件有多少针以及各针的用途。•这里的设计主要是处理机械的、电气的和过程

的接口，以及物理层下的物理传输介质等问题。1132.9.1OSI参考模型u数据链路层（datalinklayer）•在物理线路上提供可靠的数据传输•有关物理地址、网络拓扑、线路规划、差错

报告、数据帧有序传输、流量控制1142.9.1OSI参考模型•数据链路层（data

link

layer）的主要任务是

加强物理层传输原始比特的功能，使之对网

络层显现为一条无错线路。•数据链路层要解决由于帧的破坏、丢失和重

复所出现的问题；流量调节和出错处理问

题；线路使用权的竞争问题；对共享信道访问的控制问题。1152.9.1OSI参考模型u网络层（networklayer）•在网络节点间提供路由选择和数据交换

等操作，为传输层提供整个网络范围内

两个终端用户之间数据传输的通路。1162.9.1OSI参考模型•网络层（network

layer）关系到子网的运行控制。

一个关键问题是确定分组从源端到目的端如何选择路由。拥塞控制和记账功能也

属于网络层的范围。网络层必须使异种网络

能够互联。1172.9.1OSI参考模型u传输层（transportlayer）•为数据的传输提供服务，对上层屏蔽传输细节•把数据分段并组装成数据流•数据的可靠传输•建立、维护和有序地中断虚电路，传输差错

校验和恢复，信息流控制机制1182.9.1OSI参考模型•传输层（transport

layer）的基本功能是从会

话层接收数据，并且在必要时把它分成较小

的单元，传递给网络层，并确保到达对方的

各段信息正确无误，而且，这些任务都必须

高效率地完成。从某种意义上讲，传输层使

会话层不受硬件技术变化的影响。传输层能

使多路复用对会话层透明。1192.9.1OSI参考模型•传输层是真正的从源到目标“端到端”的层。1层～3层是链接起来的，4层～7层是端到端的。1202.9.1OSI参考模型u会话层（sessionlayer）•建交、管理和终止应用程序之间的会话。•为表示层服务，管理表示层之间的数据交换、

会话间的同步。•报告会话层、表示层和应用层中产生的错误。1212.9.1OSI参考模型•会话层（session

layer）服务之一是管理对话，会话层允许信

息同时双向传输，或任一时刻只能单向传输。若属于后者，则

类似于单线铁路，会话层将记录此时该轮到哪一方了。令牌管

理。•另一种会话服务是同步（synchronization）。如果网络平均每

小时出现一次大故障，而两台计算机之间要进行长达两小时的

文件传输时该怎么办呢？1222.9.1OSI参考模型u表示层（presentationlayer）•负责不同数据表示格式之间的统一转换。•保证一个系统应用层发出的信息能被另一个

系统的应用层读出。1232.9.1OSI参考模型•表示层（presentation

layer）以下的各层只关心可靠地传输比特流，而表示层关心的是所

传输的信息的语法和语义。表示层服务的一

个典型例子是用一种大家一致同意的标准方法对数据编码。1242.9.1OSI参考模型u应用层（applicationlayer）•为用户的应用程序提供网络服务，不为下层

服务，如：字处理程序等•识别并证实目的通信方的可用性，协同应用

程序间的工作同步1252.9.1OSI参考模型u应用层（applicationlayer）•网络虚拟终端（network

virtual

terminal）：编辑程序和其它所有程序都

面向该虚拟终端。而对每一种终端类型，

都写一段软件来把网络虚拟终

端映射到实际的终端。•文件传输：不同的文件系统有不同的文件命名原则，

文本行有不同的表

示方式等。不同的系统之间传输文件所需处理的各种不兼容问题，也同

样属于应用层的工作。此外还有电子邮件、远程作业输入、名录查询和

其它各种通用和专用的功能。1262.9.1OSI参考模型1272.9.1OSI参考模型•整个过程中的最关键的概念是：虽然数据的实际传输方向是垂直的，但每一层在编程时

却好像数据一直是水平传输的。1282.9.2TCP／IP参考模型•TCP／IP参考模型（TCP/IP

reference

model）

能无缝隙地连接多个网络的能力是一开始就

确定的主要设计目标。

网络必须实现的另一个主要的目标是网络不

受子网硬件损失的影响，已经建立的会话不

会被取消。1292.9.2TCP／IP参考模型•互联网层（internet

layer）

它的功能是使主机可以把分组发往任何网络

并使分组独立地传向目标（可能经由不同的

网络）。

互联网层定义了正式的分组格式和协议，即

IP协议（internet

protoco1）。

分组路由